L'elio è un elemento chimico con il simbolo He e il numero atomico 2. È un gas atmosferico raro, incolore, insapore, non tossico, non infiammabile, solo leggermente solubile in acqua. La concentrazione di elio nell'atmosfera è 5,24 x 10-4 in percentuale in volume. Ha i punti di ebollizione e di fusione più bassi di qualsiasi altro elemento ed esiste solo come gas, tranne che in condizioni estremamente fredde.

L'elio viene trasportato principalmente come elio gassoso o liquido e viene utilizzato in reattori nucleari, semiconduttori, laser, lampadine, superconduttività, strumentazione, semiconduttori e fibre ottiche, criogenica, risonanza magnetica e ricerca di laboratorio di ricerca e sviluppo.

La sorgente fredda a bassa temperatura

L'elio viene utilizzato come refrigerante criogenico per fonti di raffreddamento criogenico, come la risonanza magnetica (MRI), la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), l'acceleratore di particelle quantistiche superconduttrici, il grande collisore di adroni, l'interferometro (SQUID), la risonanza dello spin elettronico (ESR) e accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES), generatori superconduttori MHD, sensori superconduttori, trasmissione di potenza, trasporto maglev, spettrometro di massa, magnete superconduttore, forti separatori di campo magnetico, magneti superconduttori a campo anulare per reattori a fusione e altre ricerche criogeniche. L'elio raffredda i materiali superconduttori criogenici e i magneti quasi fino allo zero assoluto, a quel punto la resistenza del superconduttore scende improvvisamente a zero. La resistenza molto bassa di un superconduttore crea un campo magnetico più potente. Nel caso delle apparecchiature MRI utilizzate negli ospedali, i campi magnetici più forti producono più dettagli nelle immagini radiografiche.

L'elio viene utilizzato come super refrigerante perché ha i punti di fusione e di ebollizione più bassi, non solidifica a pressione atmosferica e a 0 K ed è chimicamente inerte, rendendo quasi impossibile reagire con altre sostanze. Inoltre, l'elio diventa superfluido al di sotto di 2,2 Kelvin. Fino ad ora, l’ultramobilità unica non è stata sfruttata in nessuna applicazione industriale. A temperature inferiori a 17 Kelvin, non esiste alcun sostituto dell'elio come refrigerante nella fonte criogenica.

Aeronautica e Astronautica

L'elio viene utilizzato anche nei palloncini e nei dirigibili. Poiché l'elio è più leggero dell'aria, i dirigibili e i palloncini sono pieni di elio. L'elio ha il vantaggio di non essere infiammabile, sebbene l'idrogeno sia più galleggiante e abbia una velocità di fuga dalla membrana inferiore. Un altro uso secondario è nella tecnologia missilistica, dove l’elio viene utilizzato come mezzo di perdita per spostare il carburante e l’ossidante nei serbatoi di stoccaggio e condensare idrogeno e ossigeno per produrre carburante per missili. Potrebbe anche essere utilizzato per rimuovere carburante e ossidante dalle apparecchiature di supporto a terra prima del lancio e potrebbe preraffreddare l’idrogeno liquido nel veicolo spaziale. Nel razzo Saturn V utilizzato nel programma Apollo, per il lancio erano necessari circa 370.000 metri cubi di elio.

Rilevamento perdite e analisi di rilevamento delle tubazioni

Un altro uso industriale dell'elio è il rilevamento delle perdite. Il rilevamento perdite viene utilizzato per rilevare perdite in sistemi contenenti liquidi e gas. Poiché l'elio si diffonde attraverso i solidi tre volte più velocemente dell'aria, viene utilizzato come gas tracciante per rilevare perdite in apparecchiature ad alto vuoto (come i serbatoi criogenici) e recipienti ad alta pressione. L'oggetto viene posto in una camera, che viene poi evacuata e riempita di elio. Anche con tassi di perdita pari a 10-9 mbar•L/s (10-10 Pa•m3 / s), l'elio che fuoriesce attraverso la perdita può essere rilevato da un dispositivo sensibile (uno spettrometro di massa dell'elio). La procedura di misurazione è solitamente automatizzata e viene chiamata test di integrazione dell'elio. Un altro metodo più semplice consiste nel riempire l'oggetto in questione con elio e cercare manualmente eventuali perdite utilizzando un dispositivo portatile.

L'elio viene utilizzato per il rilevamento delle perdite perché è la molecola più piccola ed è una molecola monoatomica, quindi l'elio perde facilmente. Il gas elio viene riempito nell'oggetto durante il rilevamento delle perdite e, se si verifica una perdita, lo spettrometro di massa dell'elio sarà in grado di rilevare la posizione della perdita. L'elio può essere utilizzato per rilevare perdite in razzi, serbatoi di carburante, scambiatori di calore, linee del gas, componenti elettronici, tubi televisivi e altri componenti di produzione. Il rilevamento delle perdite utilizzando l'elio è stato utilizzato per la prima volta durante il progetto Manhattan per rilevare le perdite negli impianti di arricchimento dell'uranio. L'elio per il rilevamento delle perdite può essere sostituito con idrogeno, azoto o una miscela di idrogeno e azoto.

Saldatura e lavorazione dei metalli

Il gas elio viene utilizzato come gas protettivo nella saldatura ad arco e nella saldatura ad arco plasma a causa della sua energia potenziale di ionizzazione più elevata rispetto ad altri atomi. Il gas elio attorno alla saldatura impedisce al metallo di ossidarsi allo stato fuso. L'elevata energia potenziale di ionizzazione dell'elio consente la saldatura ad arco plasma di metalli diversi utilizzati nell'edilizia, nella costruzione navale e nel settore aerospaziale, come titanio, zirconio, magnesio e leghe di alluminio. Sebbene l'elio nel gas di protezione possa essere sostituito con argon o idrogeno, alcuni materiali (come l'elio di titanio) non possono essere sostituiti per la saldatura ad arco plasma. Perché l'elio è l'unico gas sicuro alle alte temperature.

Uno degli ambiti di sviluppo più attivi è quello della saldatura dell’acciaio inox. L'elio è un gas inerte, il che significa che non subisce alcuna reazione chimica se esposto ad altre sostanze. Questa caratteristica è particolarmente importante nei gas di protezione della saldatura.

Anche l'elio conduce bene il calore. Questo è il motivo per cui è comunemente usato nelle saldature dove è richiesto un maggiore apporto di calore per migliorare la bagnabilità della saldatura. L'elio è utile anche per accelerare.

L'elio viene solitamente miscelato con l'argon in quantità variabili nella miscela di gas protettivo per sfruttare appieno le buone proprietà di entrambi i gas. L'elio, ad esempio, agisce come gas protettivo per contribuire a fornire modalità di penetrazione più ampie e meno profonde durante la saldatura. Ma l'elio non fornisce la pulizia che fa l'argon.

Di conseguenza, i produttori di metalli spesso considerano la miscelazione di argon ed elio come parte del loro processo di lavoro. Per la saldatura ad arco di metalli con protezione di gas, l'elio può comprendere dal 25% al ​​75% della miscela di gas nella miscela elio/argon. Regolando la composizione della miscela di gas protettivo, il saldatore può influenzare la distribuzione del calore della saldatura, che a sua volta influenza la forma della sezione trasversale del metallo di saldatura e la velocità di saldatura.

Industria dei semiconduttori elettronici

Essendo un gas inerte, l'elio è così stabile che difficilmente reagisce con altri elementi. Questa proprietà lo rende utilizzato come schermo nella saldatura ad arco (per prevenire la contaminazione dell'ossigeno nell'aria). L'elio ha anche altre applicazioni critiche, come la produzione di semiconduttori e fibre ottiche. Inoltre, può sostituire l'azoto nelle immersioni profonde per prevenire la formazione di bolle di azoto nel flusso sanguigno, prevenendo così la malattia da immersione.

Volume globale delle vendite di elio (2016-2027)

Il mercato globale dell’elio ha raggiunto i 1.825,37 milioni di dollari nel 2020 e si prevede che raggiungerà i 2.742,04 milioni di dollari nel 2027, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 5,65% (2021-2027). Il settore si trova in una situazione di grande incertezza nei prossimi anni. I dati previsionali per il 2021-2027 contenuti in questo documento si basano sullo sviluppo storico degli ultimi anni, sulle opinioni degli esperti del settore e sulle opinioni degli analisti presenti in questo documento.

L’industria dell’elio è altamente concentrata, proviene da risorse naturali e ha limitati produttori globali, principalmente negli Stati Uniti, Russia, Qatar e Algeria. Nel mondo, il settore dei consumi è concentrato negli Stati Uniti, in Cina, in Europa e così via. Gli Stati Uniti hanno una lunga storia e una posizione incrollabile nel settore.

Molte aziende hanno diversi stabilimenti, ma di solito non sono vicini ai mercati di consumo target. Pertanto, il prodotto ha un costo di trasporto elevato.

Dai primi cinque anni la produzione è cresciuta molto lentamente. L’elio è una fonte di energia non rinnovabile e nei paesi produttori sono in atto politiche per garantirne l’uso continuato. Alcuni prevedono che l’elio finirà in futuro.

L'industria ha un'alta percentuale di importazioni ed esportazioni. Quasi tutti i paesi utilizzano l’elio, ma solo pochi hanno riserve di elio.

L’elio ha una vasta gamma di usi e sarà disponibile in sempre più campi. Data la scarsità delle risorse naturali, è probabile che la domanda di elio aumenterà in futuro, richiedendo alternative adeguate. Si prevede che i prezzi dell’elio continueranno a salire dal 2021 al 2026, da 13,53 $ / m3 (2020) a 19,09 $ / m3 (2027).

Il settore è influenzato dall’economia e dalla politica. Con la ripresa dell’economia globale, sempre più persone sono preoccupate per il miglioramento degli standard ambientali, soprattutto nelle regioni sottosviluppate con grandi popolazioni e una rapida crescita economica, la domanda di elio aumenterà.

Attualmente, i principali produttori globali includono Rasgas, Linde Group, Air Chemical, ExxonMobil, Air Liquide (Dz) e Gazprom (Ru), ecc. Nel 2020, la quota di vendita dei primi 6 produttori supererà il 74%. Si prevede che nei prossimi anni la concorrenza nel settore diventerà più intensa.

Attrezzatura criogenica HL

A causa della scarsità delle risorse di elio liquido e dell’aumento del prezzo, è importante ridurre la perdita e il recupero dell’elio liquido nel suo utilizzo e nel processo di trasporto.

HL Cryogenic Equipment, fondata nel 1992, è un marchio affiliato a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment è impegnata nella progettazione e produzione del sistema di tubazioni criogeniche isolate ad alto vuoto e delle relative apparecchiature di supporto per soddisfare le diverse esigenze dei clienti. Il tubo isolato sotto vuoto e il tubo flessibile sono costruiti in materiali isolanti speciali multistrato e multistrato per alto vuoto e passano attraverso una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi e trattamenti ad alto vuoto, che vengono utilizzati per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido , argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, gas etilene liquefatto LEG e gas naturale liquefatto GNL.

La serie di prodotti di tubi rivestiti sotto vuoto, tubi flessibili rivestiti sotto vuoto, valvole rivestite sotto vuoto e separatori di fase della HL Cryogenic Equipment Company, che sono passati attraverso una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi, vengono utilizzati per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, LEG e GNL e questi prodotti vengono sottoposti a manutenzione per apparecchiature criogeniche (ad esempio serbatoi criogenici, dewar e celle frigorifere, ecc.) nei settori della separazione dell'aria, dei gas, dell'aviazione, dell'elettronica, dei superconduttori, dei chip, dell'assemblaggio di automazione, dell'industria alimentare e bevande, farmacia, ospedale, biobanca, gomma, ingegneria chimica per la produzione di nuovi materiali, ferro e acciaio, ricerca scientifica, ecc.

HL Cryogenic Equipment Company è diventata il fornitore/venditore qualificato di Linde, Air Liquide, Air Products (AP), Praxair, Messer, BOC, Iwatani e Hangzhou Oxygen Plant Group (Hangyang) ecc.